Jedes Frühjahr passiert in praktisch jedem Wald auf dem amerikanischen Kontinent ein Wunder: Alle männlichen Hirsche beginnen, seltsame, sich drehende Organe aus ihren Stirn zu keimen. Sie kennen diese magischen Strukturen wahrscheinlich als Geweih. Aber hast du jemals darüber nachgedacht, wie sie funktionieren?
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Erstens beginnen zwei silberdollargroße Flecken von Zellen auf dem Kopf eines Bockes, das Gewebe in halsbrecherischem Tempo zu zersetzen. Aber diese gewundenen Wucherungen bestehen nicht aus toten Zellen wie Fingernägeln, Haaren oder dem Keratin, das ein Widderhorn erzeugt. Diese Zellen leben .
Von Ende März bis zum frühen Herbst ist das aufstrebende Geweih eines Bocks mit einer Schicht unscharfer Haut bedeckt, die als „Samt“ bezeichnet wird und wie weiches Moos einen glatten Stein bedeckt. Unter dieser Schutzschicht ziehen sich Blutgefäße und Nerven um sich schnell entwickelnden Knochen, als würde das Tier einen Oberschenkelknochen ohne Muskel umbauen. Wenn das Geweih wächst, verzweigen sie sich in immer größere Gabeln.
Kommen Sie fallen, der Samt beginnt zu schrumpfen und zu sterben. Das Geweih juckt unerträglich, und der Hirsch läuft herum und versucht, seinen Samt loszuwerden, indem er sein neues Spielzeug auf kleinen Schösslingen und Ästen reibt. (Diese Kratzbäume werden als "Abrieb" bezeichnet.) Sobald sich der Samt löst, werden alle glatten, verkalkten Knochen darunter sichtbar. Jetzt ist der Bock bereit, Krieg gegen seine Rivalen zu führen und um sein Recht zu kämpfen, sich mit allen Frauen zu paaren, die er finden kann.
Tiere mit knöchernem Wachstum, bekannt als Hörner - Nashörner, Widder, Impalas - neigen dazu, sie jung zu halten und sie ihr ganzes Leben lang zu halten. Im Gegensatz dazu werden Geweihe jedes Jahr neu geboren. Das ist richtig: Dieser komplizierte Zyklus von Wachstum, Leben, Tod und Juckreiz passiert jedes Jahr.
An der Geweihentwicklung ist außerdem bemerkenswert, wie schnell dies geschieht. Tiere wie der Seestern oder der Gecko sind vielleicht am besten für ihre schnelle Regeneration der Gliedmaßen bekannt, aber Hirsche gehören tatsächlich zu den schnellsten Organbauern im Tierreich. Wenn das Essen reichlich ist und ein Bock gesund ist, können seine Zinken mit einer Geschwindigkeit von ungefähr drei Viertel Zoll pro Tag wachsen. Stellen Sie sich vor, Ihre Haare oder Fingernägel sind so schnell gewachsen!
Im Gegensatz zu Stoßzähnen oder Hörnern sind Geweihe zunächst lebende Organe, die von einer Hautschicht umgeben sind, die als "Samt" bezeichnet wird. (Eric Kilby / Flickr) Aber in der Biologie wie in der Ökonomie gibt es kein kostenloses Mittagessen, was bedeutet, dass all das Sprießen mit Kosten verbunden ist. Unabhängig davon, wie viele Beeren und Eicheln ein männlicher Hirsch verzehrt, kann er die Energie, die in seine schneidigen Kopfschmuckstücke fließt, niemals vollständig ausgleichen. Um das Hauptbuch auszugleichen, saugt sein Körper tatsächlich Nährstoffe aus anderen Teilen des Skeletts ab, um sie im Geweih zu verwenden.
"Sie rauben Peter aus, um sozusagen Paul zu bezahlen", sagt Jeannine Fleegle, eine Wildbiologin, die auf Rehe und Elche für die Pennsylvania Game Commission spezialisiert ist. Dieser Prozess wird als zyklische reversible Osteoporose bezeichnet und beginnt mit dem Zielen auf Bereiche, die kein Gewicht tragen, wie z. B. die Rippen.
Insgesamt schätzen Studien zur Hirschenergetik, dass der Tribut der Geweihgeneration laut Fleegle knapp hinter der Trächtigkeit zurückbleibt. (Wenn eine schwangere Mutter nicht genug Kalzium bekommt, saugt ihr Körper einiges von ihren Knochen ab, um das Skelett ihres wachsenden Babys aufzubauen.) Mit anderen Worten, es ist für Männer fast so anstrengend, Knochen aus ihren Stirn zu sprießen, wie es ist Es ist Sache der Frauen, in ihrem Mutterleib eine ganz neue Lebensform zu erschaffen.
Der traurige Teil ist, dass die Böcke nicht einmal das hart verdiente Geweih fürs Leben behalten können. Nach der Paarungszeit haben die Männchen keine Verwendung mehr für ihr Geweih, und tatsächlich ist es eine Art Schmerz, sie zu behalten. Die Strukturen fallen einfach ab und bleiben zurück wie die Papiere von gestern, und die Hirsche leben weiter.
Das mag lächerlich klingen, wenn man bedenkt, dass sie Opfer bringen. Aber Hirsche sind nicht sentimental. Noch wichtiger ist, dass das Halten dieser Geweihe eine enorme Belastung darstellt. Zunächst einmal sind sie schwer. Die größte Hirschart, der Elch, kann ein Geweih haben, das bis zu 40 Pfund wiegt. Dies ist die Definition des Eigengewichts.
Sie sind auch gefährlich. Geweihe können sich in Bäumen und Zäunen verfangen und im Allgemeinen die Bewegung des Tieres im Wald einschränken. Manchmal können Hirsche und andere Cerviden ihr Geweih zusammen mit einem Rivalen einsperren. Wenn die Tiere sich nicht befreien können, sterben sie an Hunger - oder Ertrinken, wie das mittlerweile berüchtigte Beispiel der beiden Elchkadaver zeigt, die aus einem gefrorenen Fluss herausgeschnitten wurden.
Warum sollte man sich überhaupt um das ganze Geweihwachstum kümmern?
Dafür können Sie sich bei den Launen der sexuellen Selektion bedanken. Das Rotwild-Paarungssystem schreibt vor, dass Männer Gebiete bewachen und das Recht behalten, sich mit Frauen in diesen Gebieten zu paaren. Wie Sie sich vielleicht vorstellen können, hilft es, ein paar Kopfwaffen zu besitzen. Und wenn größere Kopfwaffen dazu neigen, kleinere Kopfwaffen zu besiegen, wie Sie in einer beliebigen Anzahl von YouTube-Videos sehen, werden diese Gene mit größerer Wahrscheinlichkeit an die nächste Generation von Dollars weitergegeben.
Geweih zu machen ist neben der Schaffung neuen Lebens eine der energiesaugendsten Tätigkeiten, die ein Körper ausführen kann. (Eric Kilby / Flickr) Aber selbst die Schlüsselrolle von Geweihen beim Kämpfen und Beeindrucken der Damen kann ihre magischen Eigenschaften nicht vollständig erklären. Bedenken Sie Folgendes: In den 1960er Jahren haben Wissenschaftler einige dieser geweihbildenden Zellen auf einen anderen Teil des Schädels des Hirsches verpflanzt und beobachtet, wie sich ein Geweih zu bilden begann. Und das gleiche passiert, wenn Sie diese Zellen auf das Bein des Hirsches verpflanzen. (Fotos hier.)
Erhalten Sie jetzt dieses: Wenn Sie Geweihzellen vom Kopf eines Rotwilds schneiden und sie auf die Stirn einer Maus verpflanzen, fängt diese Maus an, geweihartiges Material zu keimen .
Vielleicht ist es keine Überraschung, dass einige Wissenschaftler glauben, dass Geweihe ein paar Geheimnisse bergen, die wir für Medikamente, Nervenwachstum und sogar für die Regeneration von Gliedmaßen verwenden könnten. Niemand schlägt vor, Menschen ein Geweih zu geben, aber stellen Sie sich vor, was wir mit den erstaunlichen generativen Fähigkeiten dieser Zellen anstellen können.
Wolfgang Pita Thomas, Neurowissenschaftler an der Washington University in St. Louis, ist einer der Gläubigen. „Da das Geweih schnell wächst und bis zu 2 cm pro Tag erreicht, müssen die Nerven diesem Tempo entsprechen“, schreibt Pita Thomas in einer E-Mail. "Das bedeutet, dass sie sich zehnmal schneller regenerieren als der menschliche Nerv!"
Dies ist wichtig, da wir, wenn wir herausfinden können, wie sich diese Nerven so schnell bewegen, möglicherweise in der Lage sind, unser eigenes Nervensystem zur Regeneration anzuregen, wenn es beschädigt wurde, beispielsweise im Fall einer Querschnittslähmung. Derzeit haben wir einige Möglichkeiten, um diese Art der Heilung in kleinen Schritten zu erreichen, sagt Pita Thomas, einschließlich des Transplantierens von Nerven aus einer anderen Region und der Verwendung künstlicher Kollagenkanäle, um das Nervenwachstum zu steuern.
Diese Methoden tun sich jedoch schwer, wenn die Nerven mehr als einen Zentimeter zurücklegen müssen. Im Gegensatz dazu "können sich die Nerven im Hirschgeweih in weniger als drei Monaten bis zu mehreren Fuß regenerieren", sagt Pita Thomas. "Wir hoffen, dass wir eines Tages dieselben Mechanismen oder Moleküle anwenden können, um die Nervenregeneration beim Menschen zu verbessern."
Pita Thomas und seine Kollegen haben bereits drei Proteine identifiziert, die an der schnellen Nervenproduktion des Geweihs beteiligt sind, und festgestellt, dass sensorische Neuronen schneller wachsen, wenn alle drei in einer Kultur vorhanden sind. "Wir haben festgestellt, dass die Steigerung des Nervenwachstums viel mehr ist als die Summe ihrer einzelnen Effekte, was bedeutet, dass sie synergistisch wirken", sagte er.
Siehe: Ein Stück Geweihgewebe wächst auf einer Maus. (Chunyi Li, AJ Harris, JM Suttie / Zeitschrift für experimentelle Zoologie, 2001) Andere Wissenschaftler interessieren sich für Geweihe, weil sie uns vielleicht etwas über das Zellgedächtnis beibringen können oder weil die Zukunft einer Zelle durch vergangene Ereignisse bestimmt werden kann. Wenn zum Beispiel ein Hirsch eine Verletzung an der Basis seines Geweihs erleidet (Stiel genannt), kann dies dazu führen, dass sich an dieser Stelle für viele Jahre ein deformiertes Geweih bildet, nachdem die ursprüngliche Wunde verheilt ist. Manchmal hält das neue Geweih ein Leben lang.
Dies ist eine weitere überwältigende Eigenschaft von Geweihen, sagt Michael Levin, Entwicklungsbiologe an der Tufts University: Sie können uns beibringen, wie sich Tiere, die sich regenerieren können, an ihre eigenen Formen erinnern können.
Eine Erklärung für dieses so genannte Gedächtnis, das Levin erforscht, ist die Bioelektrizität oder die winzigen kommunikativen Ladungen, die zwischen unseren Zellen ausgetauscht werden. Levin und andere haben diese gemeinsame, aber mysteriöse Kraft mit Dingen wie Körperform, Regeneration der Gliedmaßen und Wundheilung in Verbindung gebracht. Zum Beispiel hat er gezeigt, dass Plattwürmer, deren Bioelektrizität manipuliert wurde, dazu gebracht werden können, sich mit zwei Köpfen zu regenerieren.
Bislang wissen wir weit mehr darüber, wie Plattwürmer ihre Regenerationskraft entfalten als Rehe, aber Levin sagt, dass die Rolle der Bioelektrizität wahrscheinlich dieselbe ist. Es ist nur so, dass Plattwürmer winzig sind, schnell wachsen und es ihnen günstigerweise an stacheligen Gesichtsknochen mangelt, auf die Wissenschaftler aufgespießt werden könnten.
Selbst das, was wir über das Geweihwachstum zu wissen glauben, bringt neue Wendungen mit sich. Zum Beispiel sagt Fleegle, dass es eine allgemeine Regel für jedes Tier gibt, dass je besser sein Lebensraum ist, desto gesünder und robuster seine Populationen sein werden. Und für Hirsche sollte diese konventionelle Weisheit zu massiven Gestellen werden. Eine 2009 veröffentlichte Studie zeigt jedoch, dass die Wahrheit komplizierter ist.
Tatsächlich haben männliche Nachkommen, die während der Schwangerschaft und Stillzeit nicht genug zu essen bekommen, ihr ganzes Leben lang das Geweihwachstum gehemmt. Erstaunlicherweise gilt dies auch dann, wenn die männlichen Kitze mit sehr nahrhaftem Futter ergänzt werden.
Sie könnten denken, dass dieses Merkmal vererbt werden würde, sollte es den schwächelnden Männern jemals gelingen, ihre eigenen Jungen zu zeugen. Tatsächlich hatten Männer der zweiten Generation, die von Müttern mit normaler Nahrungsmenge geboren wurden, mehr oder weniger typische Gestelle. All das zeigt, wie wichtig Mütter im großen Schema der Dinge sind und warum Fleegle sagt, dass sie eine Hassliebe zu Geweihen hat.
"Ich ärgere mich über Geweih, weil die Jungen die ganze Aufmerksamkeit bekommen, aber die Mädchen nie", sagt sie.
Erinnern Sie sich, wie anstrengend das Geweihwachstum auf dem Körper eines Hirsches ist, als wäre er schwanger? Nicht, dass es ein Wettbewerb wäre, aber es gibt eine Aktivität, die sie beide in den Schatten stellt, und das ist Laktation - eine andere Provinz der Damen. Laut Fleegle verbraucht ein Damhirschkuh während der Spitzenmilchproduktion mehr als dreimal so viel Energie wie ein Bock, um sein Geweih zu produzieren.
Es scheint, dass beide Geschlechter ein Regal haben, das unser Wunder verdient.
